Ce document traite du dimensionnement d'un onduleur solaire

1. Présenté par:
Mouhamed Awal YNOUSSA
Sous la direction de:
Pr Antoine VIANOU
(Dr Ing & Dr ès Sc)
Année universitaire: 2017-2018
ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY CALAVI
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DEPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE
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4ème Année
*-*-*-*-*
COURS : Energies Renouvelables
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2. PLAN
 Introduction
 Définition
 Principe
 Méthodes de commande
 Problème de filtrage
 Catégories d’onduleur PV
 Domaines d’utilisation
 Grandeurs caractéristiques de l’ onduleur
 Critères de choix d’un onduleur
 Calcul d’un prototype de 300W
 Conclusion

3. INTRODUCTION
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4. Définition
 Un onduleur solaire est un convertisseur statique d’une tension continue (tension
provenant d’un ensemble de modules PV ou d’une batterie solaire) en une tension
alternative sinusoïdale semblable à celle du réseau électrique tout recherchant le
meilleur point de fonctionnement du système.
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5. Principe
 Les onduleurs PV sont des structures en pont constituées le plus souvent
d’interrupteurs électroniques (transistors de puissance) comme le bipolaire, le
MOSFET ou l’IGBT (transistor bipolaire à grille isolé). Par un jeu de commutation
commandée, l’énergie électrique continue fournie est modulée afin d’obtenir un
signal alternatif sinusoïdal à la fréquence du réseau. La tension à la sortie de
l’onduleur est sous forme de créneaux modulés en largeur d’impulsions. On place
alors entre chaque sortie de l’onduleur et chaque phase du réseau (onduleur
monophasé ou triphasé) un filtre qui permet à l’onduleur de fournir au réseau un
courant et une tension sinusoïdaux.
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6. Méthodes de commande
 Commande pleine onde
 Commande MLI
Pour les commandes aborder ici, les interrupteurs doivent être commandés deux à
deux simultanément (deux interrupteurs de même bras ne peuvent pas conduire en
même temps).
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7. Commande pleine onde
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8.  Allure de la tension et du courant sur charge inductive
Commande pleine onde
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9.  On crée deux signaux : un signal sinusoïdal d’amplitude et de fréquence variables,
appelé signal de modulation ; un signal triangulaire de fréquence très élevée
appelé « porteuse ». Ces deux signaux sont comparés et le résultat de la
comparaison est utilisé pour commander l’ouverture ou la fermeture des
interrupteurs du circuit de puissance.
Commande MLI
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10. Commande MLI
 Allure de la tension sur charge inductive
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11.  Allure du courant sur charge inductive
Commande MLI
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12. Problème de Filtrage
 La tension en sortie de l’onduleur n’est pas sinusoïdale. En effet, les semi-
conducteurs travaillant en commutation, la tension de sortie sera toujours
constituée de morceaux de tension continue. Cette tension non sinusoïdale peut
être considérée comme la somme d’un fondamental (que l’on souhaite) et de
tensions de fréquences multiples de celle du fondamental, les harmoniques (que
l’on ne souhaite pas). Ces tensions harmoniques provoquent la circulation de
courants harmoniques.
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13.  Cas des Alimentations sans interruption (ASI)
On souhaite une tension analogue à celle délivrée par le réseau donc sinusoïdale. On
va donc filtrer la tension avec des condensateurs. L’impédance en alternatif d’un
condensateur étant ZC = 1/Cw .
Problème de Filtrage
Pour les harmoniques de tension
de rang croissants, cette
impédance est de plus en plus
faible.
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14.  Cas des variateurs de vitesse pour Machines Asynchrone (MAS)
On souhaite que le courant soit sinusoïdal pour éviter les couples harmoniques
générateurs de pertes et de vibrations. On va donc lisser le courant avec des
inductances. L’impédance en alternatif d’une inductance étant ZL= Lw .
Problème de Filtrage
Pour les harmoniques de courants
de rang croissants, cette
impédance est de plus en plus
grande.
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15. Catégories d’onduleur PV
En fonction des choix techniques retenus par les
fabricants, les onduleurs sont classés en trois
catégories réparties comme suit :
Les onduleurs munis d’un transformateur basse
fréquence 50 Hz.
Les onduleurs munis d’un transformateur, haute
fréquence.
Les onduleurs sans transformateurs.
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16. Les onduleurs munis d’un
transformateur basse fréquence
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17. Les onduleurs munis d’un
transformateur, haute fréquence
 convertit le courant continu fourni par les panneaux en courant alternatif avec un
niveau de tension désiré
 Dispose d’un transformateur HF qui augmente la tension à un niveau nécessaire
pour l’onduleur
 Dispose d’un pont redresseur pour transformer le courant alternatif en courant
continue
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18. Les onduleurs sans transformateurs
 ici le pont convertit le courant continu fourni en un courant alternatif toujours en
utilisant la technique de modulation de largeur d’impulsion. Ensuite un filtre
élimine les harmoniques à hautes fréquences pour obtenir une onde sinusoïdale.
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19. Domaines d’utilisation
 Fournir des tensions ou courants alternatifs de fréquences et amplitudes variables.
c’est le cas des onduleurs servant à alimenter des moteurs à courant alternatif par
exemple.
 Fournir une ou des tensions alternatives de fréquence et d’amplitude fixes. C’est le
cas des alimentations de sécurité destinées à remplacer le réseau en cas de
coupure. Dans ce cas, l’énergie est stockée dans les batteries sous forme continue,
l’onduleur est alors nécessaire pour recréer la forme de tension et fréquence du
réseau.
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20. Grandeurs caractéristiques de
l’onduleur
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21. Pour fonctionner, l’onduleur photovoltaïque consomme une faible partie de la
puissance électrique générer par le champ photovoltaïque (ou du réseau électrique la
nuit), induisant les pertes de conversion. Le rendement d’un onduleur photovoltaïque
est typiquement défini à 100% de sa puissance nominal mais comme l’irradiance
solaire au cours de la journée est très variable, la production électrique du champ
photovoltaïque le sera aussi et donc, le point de fonctionnement en puissance de
l’onduleur photovoltaïque variera lui aussi de 0 (la nuit) à une valeur proche de sa
puissance nominale dans les meilleures conditions d’irradiance solaire (si le
dimensionnement est correct). Pour calculer la production électrique d’une installation
photovoltaïque de façon plus réaliste, un rendement européen a été défini suivant
différents points de fonctionnement avec un coefficient pour chacun de ces points de
fonctionnement.
Grandeurs caractéristiques de
l’onduleur
Euro = 0,035%+0,06*10%+0,13*20%+0,1*30%+0,48*50%+0,2*100
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22. Critères de choix d’un onduleur
 Capacité de surcharge
 Régulation de la tension
 Distorsion harmonique minimale
 Efficacité
 Auto commutation
 Puissance nominale
 Pic de puissance
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23. Calcul d’un prototype de 300W
 Choix du condensateur
Ce condensateur a un rôle très important pour les onduleurs photovoltaïques dans le
maintien d’un point de fonctionnement stable. De plus, il a une fonction
d’accumulateur d’énergie et une fonction de filtrage des fluctuations de tension à la
sortie du générateur photovoltaïque.
Le choix se fait en utilisant la formule
C=𝐼∗∆𝑇
∆𝑉
,
I est le courant débité par la bactérie
∆𝑇 est le temps de variation de tension sur une période
∆𝑉 est la variation de la tension de la bactérie
Posons: I=25A , ∆𝑇 = 0.1ms , ∆𝑉 = 2V
On a C=1250µF
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24. Les transistors utilisés sont bipolaire(2N3055A) en
parallèle avec des diodes antiparasite(BYT-08P) .
Calcul d’un prototype de 300W
Q4 2N3055
.
LO
LO
HI
.
Q3
2N3055 D1
BYT-08P
Q2
2N3055
D2
BYT-08P
D3
BYT-08P
HI
D4
BYT-08P
Q1
2N3055
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25. Calcul et choix du radiateur :
𝑅𝑡ℎ ∗ 𝑃𝑡 = 𝑇𝑗 – 𝑇𝑎
Pt = 1800 W (Puissance totale dissipée donnée par le
fabricant )
Tj = 100 °C (Température à la jonction donnée par le
fabricant )
Ta = 25 °C (température ambiante )
Ainsi on obtient Rth = 0,00416°C/W
Calcul d’un prototype de 300W
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26. bloc de commande MLI
Calcul d’un prototype de 300W
 fm= 50Hz, V1= ±12V
 fm= 50Hz, V2= 12V
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27. Bloc de filtrage
Calcul d’un prototype de 300W
Pour une fréquence de
coupure de 50Hz, on
obtient:
pour L=3 mH
C=800 µF
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28. Bloc de transformation
On utilisera un transformateur standard basse
fréquence 12V/220V-50Hz
Calcul d’un prototype de 300W
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29. Calcul d’un prototype de 300W
V1
12 Vpk
50 Hz
0°
U3
COMPARATOR_IDEAL
V5
5 V
V6
5 V
Vcc
Vcc
-Vcc
V3
-15V 15V
U1
COMPARATOR_IDEAL
VO1
VO1
VO1
VO2
VO2
VO2
V2
12 V
Q2
2N3055AG
Q4
2N3055AG
D2
BY328
V4
12 Vpk
50 Hz
0°
L1
3mH
C1
800µF
V7
12 V
Q1
2N3055AG
Q3
2N3055AG
D1
BY328
D3
BY328
D4
BY328
R3
1kΩ
T1
26:1
VS2
VS1
Va
VF
Probe1
V: -214 V
V(p-p):
V(rms):
V(dc):
I: -214 mA
I(p-p): 73.5 mA
I(rms): 0 A
I(dc): -255 mA
Freq.:
Probe2
V: -4.37 V
V(p-p): 11.1 V
V(rms): 9.48 V
V(dc): -7.42 V
I: -5.55 A
I(p-p):
I(rms):
I(dc):
Freq.: 97.7 kHz
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30. CONCLUSION
Grâce à l’étude que nous venons de réaliser, nous
comprenons correctement le principe de
fonctionnement des onduleurs solaire et somme
même en mesure d’en concevoir nous-même.
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31. 31